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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein verbesserte Bürstendichtungskonzepte
für den
Gebrauch in Turbinen, wie zum Beispiel in Dampf- und Gasturbinen
und anderen Geräten,
die Arbeit aus dem Ausdehnen eines Arbeitsfluids extrahieren und insbesondere
ein zurückziehbares
Dichtsegment, das mindestens eine Bürstendichtung hat.
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2. Kurze Beschreibung des
Stands der Technik
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Der
Gebrauch elastischer Fluidturbinen mit Axialströmung, wie zum Beispiel Axialströmungsdampfturbinen,
spielt in der Produktion von Elektrizität in unserer Gesellschaft eine
große
Rolle. Bei einem typischen Kraftwerk gibt es oft eine Anzahl von Dampfturbinen,
die jeweils einen oder mehrere Stromgeneratoren antreiben.
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Im
Allgemeinen weist jede Dampfturbine eine drehbare Welle auf, die
von Lagern getragen wird, die in einem Gehäuse oder einer Verkleidung eingeschlossen
sind. Um den Rotor unter Einsatz des Moments überhitzten Dampfs zu drehen
(überhitzter
Dampf für
eine Dampfturbine und Kohlenwasserstoffverbrennungsgase für eine „Gas"-Turbine), ist eine
Reihe von Turbinenstufen sequenziell entlang der Achse der Welle
angeordnet. Ein Kessel, der sich typisch außerhalb des Turbinenmantels
befindet, wird für
das Erzeugen von Dampf zum Antreiben der Turbine bereitgestellt.
Außerhalb
der Turbinenummantelung befinden sich Dampfrohre, die verwendet werden,
um den Dampf von dem Kessel zu der Turbine zu leiten. Turbinen werden
typisch nach dem Druck oder Druckbereich, in dem sie funktionieren, eingestuft.
An dem Ende der Turbinenummantelung befestigt befindet sich ein
sich verjüngendes
Gehäuse,
Deckband genannt. An dem Ende des Deckbands befindet sich ein Rohr
(das Einlaufrohr), das mit dem Rohr von dem Kessel verbindet; das
Abdichten des Einlaufrohrs dem Dampfversorgungsrohr erfolgt durch
Dichtringe, die Einlaufringe genannt werden; die Einlaufringe weisen
zwei Sätze
von Ringen auf, die ineinander greifen, wobei ein Satz auf der Außenseite
des Einlaufrohrs und der andere auf der Innenseite des Dampfrohrs,
in welches das Einlaufrohr führt,
angeordnet ist. Ein Beispiel dieses Typs von Dehnungsanschluss wird
von Miller in
US 2 863 632 gezeigt
(wobei diese Offenbarung hiermit durch Bezugnahme eingegliedert
wird).
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Jede
Druckstufe der Turbine hat einen Turbinenrotor. Jeder Rotor hat
mehrere Laufschaufeln, die sich radial über eine vorbestimmte Entfernung
von der Welle zu einem sich umfänglich
erstreckenden Deckband (das heißt
Abdeckung) erstrecken, das an den Zapfenabschnitten der Laufschaufeln
befestigt ist. Eine stationäre
Membran ist hinter jedem Rotor in einer Umfangsdichtung, die in
der Turbinenummantelung ausgebildet ist, installiert. Die Innenstruktur der
Membran definiert einen Ring aus Dampfdüsen, die umfänglich um
den Rotor angeordnet sind. Diese Düsen befinden sich in der gleichen
radialen Position wie die Laufschaufeln in ihrem dazugehörenden Rotor.
Die Düsen
kanalisieren den Dampf (oder ein anderes Arbeitsfluid), das in die
Stufe eintritt, und kanalisieren ihn zu den Laufschaufeln. Um eine „Spitzenabdichtung" mit dem Deckband
jedes Turbinenrotors herzustellen, wird ein Ring aus Spitzenstreifensegmenten
von der stationären
Membran in jeder Stufe mit Dichtung getragen, die sich zu dem drehenden
Deckband erstrecken (wobei das Band an den Laufschaufeln befestigt
ist, die an dem Rotor, der dreht, befestigt sind). Während der
Dampf durch die Turbine läuft,
wird ein Teil seines linearen Moments an jeder Turbinenstufe in
ein Winkelmoment der Laufschaufeln umgewandelt, wobei dem Turbinenwelle
Drehmoment verliehen wird. An stromabwärtigen Stufen ist es oft erforderlich,
die Länge
der Laufschaufeln und die Größe der dazugehörenden Membra nen
zu steigern, um kinetische Energie aus dem Arbeitsfluid bei einem
verringerten Druck zu extrahieren.
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Ein
Hauptproblem beim Konzipieren von Turbinen hängt mit der Qualität der Dampfdichtungen zwischen
den verschiedenen stationären
und drehenden Bauteilen entlang des Dampfstrompfads in der Turbine
zusammen. Im Allgemeinen gibt es mehrere Stellen innerhalb der Turbine,
an welchen solche Dichtungen hergestellt werden müssen, um
hohe Turbineneffizienz sicherzustellen.
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Eine
erste Lage, an der Dampfdichtungen erforderlich sind, befindet sich
zwischen dem äußeren Abschnitt
jedes Rotors und seiner dazugehörenden Membran,
und wird durch Gebrauch eines segmentierten Spitzenstreifenrings
des Typs ausgeführt,
der in dem US Patent Nr. 5 547 340 offenbart ist, das hiermit durch
Bezugnahme eingegliedert wird. Während
Hochlaufoperationen, wenn der Rotor niedrige Betriebsfrequenzmodi
um seine Achse zeigt, tendieren die Spitzen der starren rippenähnlichen
Struktur (zum Beispiel Rippendichtungen), die entlang der Spitzenstreifensegmente
vorstehen, dazu, gegen das Deckband des dazugehörenden Rotors zu reiben und/oder
in dieses zu schneiden, was daran während des Hochlaufprozesses
Schäden
verursacht. Die einzige Absicherung gegen solche Reibungswirkung
bestand darin, Spitzenstreifen zu so konzipieren, dass ausreichend
Abstand zwischen den Spitzenabschnitten der Rippen auf den Spitzenstreifen
und dem Deckband des Rotors bestand. Dieser Ansatz führt jedoch
zu Schäden
an der Spitzendichtung, so dass Dampf durch den Abstandsbereich durchgeht
und nicht durch und über
die Laufschaufeln des Rotors, so dass die Leistung der Turbine verringert
wird.
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Eine
zweite Lage, an der Dampfdichtungen erforderlich sind, befindet
sich zwischen dem Rotor und der Turbinenwelle. Das Herstellen von
Dichtungen über
solche Bereiche wurde im Allgemeinen im Laufe der Jahre gelöst, indem
man eine segmentierte Dichtung zwischen dem Rotor und der Turbinenwelle an
jeder Turbinenstufe installierte. Die Dichtung besteht typisch aus
einer ersten Ringstruktur mit mehreren Reihen von Rippen (das heißt Abdichtzähne) auf
einem der Teile, und aus einer zweiten Struktur mit mehreren Reihen
von Oberflächenvorsprüngen, die
den Rippen entsprechen. Die erste Ringstruktur wird typisch von
der dazugehörenden
Membran her montiert, und die zweite Ringstruktur typisch an die Turbinenwelle.
Gemeinsam schaffen die entsprechenden angegebenen Reihen aus Rippen
und Vorsprungsstrukturen eine Dichtung des Labyrinthdichtungstyps,
die einen Strömungspfad
mit hoher Impedanz für
Dampf unter Druck aufweist. Während
der Hochlaufoperation tendieren jedoch niedrige Betriebsfrequenzmodi
um die Turbinenachse dazu, die Spitzenabschnitte jeder Reihe von
Rippen zu veranlassen, sich nach außen und nach innen zu bewegen;
zusätzlich
kann Differenzwärmeausdehnung, die
verursacht wird, während
das heiße
Arbeitsfluid in die Stufen eingelassen wird und jede auf Betriebstemperatur
erhitzt, die Schäden
an der Dichtung erschweren. Um das Reiben und Schäden an solchen Dichtringstrukturen
zu vermeiden, ist es erforderlich, die Rippen und Oberflächenvorsprünge mit
ausreichendem Abstand zu konzipieren, um das Spitzenreiben während des
Hochlaufens zu vermeiden. Das verschlechtert jedoch notwendigerweise
die Qualität der
Labyrinthdichtung.
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In
den US Patenten mit den Nr. 4 436 311 und 5 395 124 ausgestellt
auf Brandon), deren Offenbarungen hiermit durch Bezugnahme eingegliedert werden,
wurde das Problem des Rippenspitzenreibens in dem Dichtringkonzept
gelöst,
indem eine zurückziehbare
segmentierte Dichtringstruktur zwischen jedem Rotor und der Turbinenwelle
bereitgestellt wird. Die Art, in der die Qualität der Labyrinthdichtung mit
dieser Konzeption verbessert wird, ist wie folgt beschrieben. Während des
Hochlaufens, wenn Niederfrequenzrotorschwingung vorherrscht, werden
die membranmontierten Dichtringsegmente durch eine Feder in eine
radiale Richtung von der Turbinen welle weg vorgespannt, was die
Gefahr verringert, dass Rippenspitzenabschnitte reiben und dass
Dichtringschaden entsteht. Während
der Motor seine Winkelgeschwindigkeit erhöht, wird die Niederfrequenzschwingung
natürlich
verringert. Die Ringsegmente der Dichtung werden von Dampfdruck
gezwungen, sich der Turbinenwelle näher (radial nach innen) zu
bewegen, was die Qualität
der Labyrinthdichtung zwischen den Rippen und den entgegen gesetzten
entsprechenden Oberflächenvorsprüngen verbessert
und daher die Effizienz der Turbine verbessert.
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Eine
alternative Lösung
für das
Problem des Rippenspitzenreibens in Dichtungen ist in der UK-Patentanmeldung
Nr.
GB 2 301 635 A beschrieben.
In dieser UK-Patentveröffentlichung
ist ein Bürstentypelement
zwischen einem Paar Rippen installiert, die sich von den Dichtungsringsegmenten
erstrecken, die auf die Membran montiert sind. Die Funktion der Bürstendichtung
besteht darin, die Qualität
der Labyrinthdichtung während
aller Betriebsphasen zu verbessern. Ein Hauptnachteil dieses Konzepts
besteht jedoch darin, dass es während
der Hochlaufoperationen keinen Schutz für die Spitzenabschnitte der
Rippendichtungen bereitstellt, ohne einen hohen Grad an Abstand
in dem Konzept zu konzipieren. Aufgrund der erhöhten Abstandsforderungen ist
die Qualität der
Labyrinthdichtung, die von dieser Dichtung gemäß dem früheren Stand der Technik bereitgestellt wird,
notwendigerweise kompromittiert.
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Verschiedene
weitere Patente beschreiben den Gebrauch von Bürstendichtungen in Turbinen, wie
zum Beispiel Ferguson in
US 4
971 336 , Sanders et al. in
US
5 599 026 , Bagepalli et al. in
US 5 474 306 und Skinner et al. in
US 5 749 584 (deren Offenbarungen
hiermit durch Bezugnahme eingegliedert werden). Bei diesen Konzepten
sind die Bürstendichtungen
stationär
und unbeweglich konzipiert. Viele der jüngeren Bürstendichtungskonzepte stellen
die Bürsten
mit einem Winkel von dem Radius der Turbine abgeschrägt bereit
(wobei die Mitte von der drehenden Turbinenwelle definiert wird).
Wie Skinner et al. lehren, können
existierende Maschinen mit zurückziehbaren
Dichtungen (wie zum Beispiel von Brandon beschrieben) mit einer
Bürstendichtung
nachgerüstet werden,
die an Stelle eines der Labyrinthzähne eingesetzt wird, beim Gebrauch
mit zurückziehbaren Dichtungen
lehren Skinner et al. jedoch, dass die Enden jeder Bürstendichtung
in einem zurückziehbaren Dichtsegment
entlang des Radius geschnitten werden müssen, um jedes der Segmente
mit einer bündigen
Fläche
zum richtigen Fügen
zu versehen, wenn die Dichtungen ineinander eingreifen, um die Ringstruktur
zu bilden. Aufgrund der Schräge
der Bürsten
in Bezug zu dem flachen Ende der Bürstendichtung, die entlang
des Radius angeordnet ist, weist das Konzept von Skinner et al.
in der Bürstendichtung
eine kleine Spalte auf.
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EP-A-0
911 554 beschreibt zurückziehbare Labyrinthdichtringsegmente,
die mit einer Bürstendichtung
versehen sind, die durch Borsten, die um einen Winkel von 45° abgeschrägt sind,
gebildet ist. Es erscheint daher ein blanker dreieckiger Bereich
an dem Ende jedes Segments, der wie bei dem Konzept von Skinner
et al. eine Spalte schafft.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung stellt einen Aufbau zurückziehbarer Dichtsegmente für eine Vorrichtung
dar, die Arbeit aus dem Ausdehnen eines gasförmigen Arbeitsfluids extrahiert,
wobei die Vorrichtung eine drehbare Welle aufweist, die in einem
Gehäuse
angeordnet ist, wobei die zurückziehbare
Anordnung von Dichtsegmenten beim Gebrauch in einem Ring angeordnet
ist, der auf einer Achse zentriert ist, die von der Welle definiert
wird, um eine Abdichtung darum bereitzustellen, wobei jedes zurückziehbare
Dichtsegment Folgendes hat: eine Innenfläche zum Abdichten gegen die
Welle, eine Außenfläche zum
Tragen einer T-förmigen
Erweiterung, wobei die innere und die äußere Fläche und die Erweiterung gemeinsam
ent gegen gesetzte Seitenenden überspannen,
die mit den Radien der Achse parallel geschnitten sind, und mindestens
eine Bürstendichtung,
die auf der Innenseite angeordnet ist, wobei die mindestens eine
Bürstendichtung
entgegen gesetzte Enden hat, wobei mindestens eines der Enden mit
den Radien der Achse nicht parallel geschnitten ist,
dadurch
gekennzeichnet,
dass jedes der entgegen gesetzten gemeinsamen Seitenenden
ein Loch hat, um ein Ende eines Vorspannmittels aufzunehmen, durch
welches die Segmente voneinander in Umfangsrichtung des Rings weg
gespannt werden, und
sich ein Ende der Bürstendichtung, das zu den Radien
der Achse nicht parallel geschnitten ist, über eines der gemeinsamen Seitenenden
erstreckt, wobei die Anordnung eine Bürstenabdichtung um die Welle
bereitstellen kann, die keine Bereiche aufweist, in welchen keine
Borsten der Bürste
vorhanden sind.
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EP-A-0
989 342 offenbart ein Hybriddichtsegment für eine Vorrichtung, die Arbeit
aus der Ausdehnung eines Arbeitsgases extrahiert. Das Segment weist
mehrere Rippen und eine Bürstendichtung
zum Abdichten gegen eine drehende Welle der Vorrichtung auf. Beim
Gebrauch werden mehrere der Segmente in Ende-an-Ende-Beziehung befestigt,
um eine stationäre,
nicht zurückziehbare
Ringdichtung bereitzustellen, die auf einer Achse, die von der Welle
definiert wird, zentriert ist. Die Bürstendichtung hat beide Enden
nicht parallel zu den Radien der Achse geschnitten. Die Außenfläche jedes
Dichtelements stützt
eine T-förmige
Erweiterung, durch die das Dichtsegment nicht rückziehbar an der Vorrichtung befestigt
ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Zum
guten Verstehen der Erfindung werden nun einige ihrer Ausführungsformen,
die nur beispielhaft gegeben werden, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben, in welchen:
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1 eine
Querschnittansicht einer herkömmlichen
Turbinenstufe ist, die eine Ausführungsform
einer zurückziehbaren
Anordnung von Dichtsegmenten gemäß der Erfindung
aufweist.
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2A und 2B perspektivische
Ansichten entgegen gesetzter Enden eines Dichtsegments sind.
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3 eine
Seitenansicht ist, die benachbarte Dichtsegmente zeigt, die voneinander
getrennt sind.
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4 eine
perspektivische Ansicht einer Kerbe in der Seite eines Dichtsegments
ist, die es Dampf erlaubt, hinter die Dichtung während des Hochlaufens und Herunterfahrens
einzutreten.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Der
Leser wird zuerst auf die oben im Abschnitt Allgemeiner Stand der
Technik erwähnten
Patente für
Besonderheiten und Details in Zusammenhang mit Labyrinthdichtungen
und zurückziehbaren Dichtsegmenten
verwiesen. Wie in diesem Abschnitt erwähnt, wird der Dampf (in diesem
Abschnitt als Arbeitsfluid veranschaulicht) in jeder Stufe von einer Düse in der
Membran zu den Laufschaufeln kanalisiert, wobei die Membran an dem
nicht beweglichen Gehäuse
befestigt ist, und die Laufschaufeln an der drehenden Welle der
Turbine befestigt sind.
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Wie
in 1 gezeigt, zeigt ein Querschnitt durch eine Turbine
das Gehäuse 101,
in dem eine Membran 103, die die benachbarte Stufe trennt, montiert
ist. Der Dampfstrom von der vorhergehenden Stufe wird durch die
Düse (eine
geformte Öffnung) 105 in
der Membran kanalisiert, um auf die Laufschaufeln 107 aufzutreffen.
Jede Laufschaufel ist über
eine Wurzel 109 an der Turbinenwelle 111 befestigt.
Der Umfang an dem Ende der Laufschaufeln ist mit einem Umfangsdeckband 113 abgedeckt. Eine
Spitzendichtung 115 hindert Dampf daran, die Laufschaufel
zu umgehen und über
das Deckband zu laufen, der Dampf fließt zwischen der Spitzendichtung
und dem Deckband nicht zurück,
weil er nicht von einem Bereich mit niedrigerem Druck zu einem Bereich
mit höherem
Druck fließen
kann (Bereiche links in 1 haben niedrigeren Druck als
die rechts). Eine entsprechende Spitzendichtung 115 ist auf
der nächsten
stromabwärtigen
Laufschaufelstufe gegenwärtig.
Während
Dampf die Düse
nicht durch Entweichen zurück
durch die Dichtung 115 (das heißt rechts in der Figur) vermeiden
kann, kann er zwischen der Membran und der Welle lecken. Es ist
dies daher eine weitere Stelle, an der Dichtung verwendet wird.
Zur Übersicht
trifft Dampf von einer vorhergehenden Stufe auf die Laufschaufel
auf und wird zur nächsten
Stufe gelenkt, eine Düse
in der Membran, die auf den nächsten
Satz von Laufschaufeln gerichtet ist. Der Dampf, der in die Stufe
eintritt, muss daran gehindert werden, um die Membran mit der Düse zu entweichen;
er wird am Zurückströmen stromaufwärts aufgrund
hoher Drücke,
vom Strömen
um die Welle von der Dichtung 117 neben der Welle, und
am Umgehen der Laufschaufel durch die Spitzendichtung 115 gehindert.
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Die
Dichtung zwischen der Membran und der Welle ist zurückziehbar
und vorzugsweise eine Labyrinthdichtung. Die Dichtung 117 ist
in der Membran angeordnet und weist eine Reihe von Rippen 119 auf, deren
Enden neben entsprechenden Flächen 121 der
Welle liegen, von welchen einige erhoben sind, wobei alle den richtigen
Abstand und einen gekrümmten
(Labyrinth-)Pfad mit hohem Widerstand, und daher eine Abdichtung
bereitstellen. Die Dichtung kann zu der Welle mit einer Feder vorgespannt werden.
Die Dichtung hat die Geometrie eines Rings und wird als eine Mehrzahl
von Segmenten bereitgestellt, typisch sechs, die bei Hochdruckanwendungen verwendet
werden. Dank dieser Abdichtung wird der Dampf, der aus den Laufschaufeln
der vorhergehenden Stufe austritt, durch die Düse kanalisiert und entweicht
nicht um die Membran. Zu bemerken ist, dass eine Labyrinthdichtung
keine soliden Rippen zu haben braucht, um ein Labyrinth bereitzustellen.
Eine oder mehrere der Rippen können
zum Beispiel durch eine Bürstendichtung
ersetzt werden, oder die ganze Innenfläche, an der die Rippen angeordnet
sind, kann eine Bürste
sein. In beiden dieser Fälle
wird ein gekrümmter
Pfad erstellt, also eine Labyrinthdichtung gebildet.
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Die
zurückziehbaren
Dichtsegmente sind bogenförmig.
Perspektivische Ansichten der entgegen gesetzten Enden eines Segments
sind in den 2A und 2B gezeigt.
Jedes Segment 201 hat einen Hauptkörper 202 mit Enden 203a und 203b,
die vorzugsweise zu dem axialen Radius der Turbine parallel sind
(das heißt,
der Radius der Turbine in einem Querschnitt axial entlang der Welle
gesehen), obwohl das nicht zwingend ist. Die radiale innere Fläche 205 des
Segments (das heißt,
die Fläche,
die zu der Welle zeigt) ist mit mehreren Rippen 207 versehen,
die die gleiche oder eine unterschiedliche Höhe wie die Innenfläche haben
können.
Die radiale Außenfläche 206 hat
eine T-förmige
Erweiterung, die entgegen gesetzte Schultern 209a/209b definiert,
die in eine entsprechend geformte Hohlkehle in der Membran wie in 1 gezeigt
eingreifen. Der Halsabschnitt 211, der die radiale Außenfläche des
Dichtsegments mit den Schultern verbindet, empfängt einen entsprechenden Vorsprung
von der Membran. Der Hals an jedem Ende des Segments ist vorzugsweise
mit einem Loch 215 versehen. Eine Feder (oder ein ähnliches
Mittel) wird in jedem der Löcher
in benachbarten/angrenzenden Segmenten aufgenommen; die Federn spannen
die Segmente voneinander weg. Wie oben bemerkt, wird vorgezogen,
dass diese Segmente Mittel auf weisen, um Dampf hinter die Dichtung
zu lassen, wie unten besprochen wird; wenn die Turbine ihren Betriebsdruck
erreicht, zwingt der Druck die Hälse der
Segmente, sich an die entsprechenden Vorsprünge in der Membran zu legen
und eine Dichtung zu bilden, so dass der Dampf durch die Düse laufen muss
oder versuchen muss, die Labyrinthdichtung zu durchqueren.
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In
der in den 2A und 2B gezeigten Ausführungsform
wurde ein Mittenabschnitt des Segments, an dem eine Rippe bereitgestellt
werden könnte,
durch eine Bürstendichtung
ersetzt. Die Dichtung weist im Allgemeinen einen Halter 217 auf, in
dem mehrere Borsten 219 angeordnet sind. Wie gezeigt und
wie vom Stand der Technik beschrieben, sind die Borsten vorzugsweise
zu dem (axialen) Radius der Turbine abgeschrägt. Wir haben entdeckt, dass
das angeblich von Skinner et al. identifizierte Problem, nämlich dass
die Enden der Bürstendichtungen
wie die Dichtsegmente entlang des Radius der Turbine angeordnet
werden müssen,
keine Einschränkung
ist. Wie in den 2A und 2B gezeigt,
ist die Bürstendichtung
an einem Ende des Segments mit einem Winkel geschnitten, der sich über das
Ende des Segments hinaus erstreckt (zum Beispiel 2A),
und das andere Ende der Bürstendichtung
an dem entgegen gesetzten Ende dieses Segments ist mit einem Winkel
geschnitten, der sich über
das Segment erstreckt (zum Beispiel 2B). Daher
sind die Enden der Bürstendichtung
nicht entlang des Radius der Turbine angeordnet. Es wird vorgezogen,
dass das Ende der Bürstendichtung
so geschnitten ist, dass die untere (oder äußere) Seite 221 des
Halters im Wesentlichen mit der Verbindung zwischen der Innenseite 205 und
dem Segmentende 203a/b zusammenfällt.
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Diese
Erfindung stellt einen signifikanten Vorteil gegenüber dem
von Skinner et al. beschriebenen System bereit, weil die vorliegende
Bürstendichtung
keine Bereiche hat, in welchen keine Borsten vorhanden sind. In
diesem Sektor wird die Dichtung, die von einer Bürstendichtung gebildet wird,
typisch in Bezug auf eine theoretische Rippe in einer Labyrinthdichtung
bestimmt. Da eine Bürstendichtung nicht
solid ist, tritt etwas Strömung
durch sie auf, auch wenn die Bürste
in Linienkontakt mit der Welle ist. Ein Drucktest wird vorgenommen,
um das Lecken einer Bürstendichtung
in Linienkontakt zu bestimmen. Dieser Leckwert wird dann verwendet,
um rückwärts den
Abstand zwischen einer theoretischen Rippe in einer Labyrinthdichtung
zu berechnen, das heißt,
dass angesichts des Druckabfalls in dem Test der Bereich zwischen
dem Ende der Rippe und der Welle rückwärts berechnet wird (die Rippe
ist solid, so dass kein Arbeitsfluid durch sie fließt), um
eine effektive Leckzone für
eine Bürstendichtung
bereitzustellen. Wenn man die gleiche effektive Leckzone für eine Bürstendichtung
per se, beschrieben von Skinner et al., und für die der vorliegenden Erfindung
annimmt, ergibt das Hinzufügen
von Räumen,
die durch die fehlenden Borsten in der Dichtung bei Skinner et al.
gebildet werden, eine Leckzone bei der Dichtung von Skinner et al.,
die signifikant größer ist
als bei der vorliegenden Dichtung. Die Leckzone hängt von
dem Durchmesser der Dichtung ab. Bei einer Bürstendichtung mit einem Durchmesser
von 36'' (etwa 915 mm) hat
die Bürstendichtung
von Skinner et al. eine Leckage, die um 47% größer ist als die der vorliegenden
Bürstendichtung,
und bei einer Bürstendichtung mit
einem Durchmesser von 10'' (etwa 254 mm) hat die
vorliegende Dichtung 264% weniger Leckage.
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Im Übergangsbetrieb
während
des Hochlaufens werden die Segmente zurückgezogen und radial nach außen vorgespannt;
das erlaubt es der Welle, langsam mit etwas Taumeln oder Schwingung
zu drehen, ohne dass die Vorsprünge 121 auf
der Welle auf die Rippen auf der Dichtung aufschlagen und diese beschädigen. Während der
Dampfdruck steigt und die Turbine ihre Betriebsdrehzahl und ihre
Betriebstemperatur erreicht, zieht sich die Dichtung um die Welle
zusammen. Wie in 3 gezeigt, werden benachbarte
Dichtsegmente getrennt und von einer Feder 201 auseinander
gedrückt
(eine Spiralfeder ist in der Figur gezeigt). An dem Ende einer Bürstendichtung
ist die Dichtung mit einem Winkel geschnitten, der sich über das
Ende des Segments erstreckt, um eine Art Zunge 303 bereitzustellen.
Das entsprechende Ende des benachbarten Segments ist mit einer Bürstendichtung
versehen, die mit einem Winkel geschnitten ist, der sich über die
Fläche
des Segments erstreckt, um eine Hohlkehle 305 bereitzustellen.
Wenn die Segmente zusammenkommen, um einen Ring zu bilden, treffen
sich die entgegen gesetzten Enden der benachbarten Segmente und
werden bündig,
und der Zungenabschnitt des Bürstendichtungssegments
von einem Packungssegment greift in die Hohlkehle in dem benachbarten
anstoßenden Segment
ein. Die Erfindung vermeidet daher das inhärente Problem der Vorrichtung
in Skinner et al., bei der ein kleines Loch oder ein Raum in der
Bürstendichtung
an jeder Fuge zwischen Dichtsegmenten existiert. Zusätzlich kann
die Bürstendichtung
(oder eine von mehreren Bürstendichtungen)
mit einer schwimmenden Bürstendichtung
versehen werden.
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Weiter
in Zusammenhang mit dem Übergangsbetrieb
gibt es wie oben bemerkt während
des Hochlaufens oft Probleme mit Wärmegradienten und nicht abgestimmter
Erweiterung und Fluchtung sowie Schwingungsprobleme. Um Schäden an der
Dichtung zu vermeiden, ist es wünschenswert,
die Dichtung effektiv von der Welle zu befreien. Daher wird die
zurückziehbare-zusammenziehbare
Dichtung wie von Brandon, wie in
US
4 436 311 beschrieben (deren Offenbarung hiermit durch
Bezugnahme eingegliedert wird) vorgezogen; im Wesentlichen ist diese Dichtung
radial beweglich und selbst anpassend. Diese Dichtung weist einen
Ring aus Dichtsegmenten auf, die jeweils von den benachbarten durch
eine Feder getrennt sind, die den Ring zu einem größeren Umfang
drängt
und daher von der Turbinenwelle weg; die unteren Segmente in dem
Ring bewegen sich natürlich
von der Welle aufgrund von Schwerkraft weg. Um die Segmente zu der
Welle zu zwingen, erhält
das Arbeitsfluid (Dampf) Zugang zu der stromaufwärtigen radialen Außenfläche des
Segments; solcher Zugang kann als ein Loch
307 in der Wand
der Membran wie in
1 bereitgestellt werden, so
dass der Dampf frei hinter die Dichtung gelassen wird. Alternativ
oder zusätzlich
und wie in
4 gezeigt, kann eine Hohlkehle
oder Kanal
401 oder ein anderes Leitungsmittel in der radialen
Außenfläche
206,
dem Hals
211 und einer der Schultern
209 des effektiven
Segments bereitgestellt werden, um es dem Arbeitsfluid zu erlauben,
hinter die Außenfläche zu gelangen
und das Segment zu der Welle zu zwingen. Der Schulterabschnitt der
T-förmigen Erweiterung
auf der Außenfläche des
Segments, das in
4 gezeigt ist, kann auch mit
einer Hohlkehle oder einem Schlitz
403 senkrecht zu dem
Bogenumfang des Segments versehen werden, um eine (Blatt)-Federpassung
zum weiteren Vorspannen und/oder Fluchten des Segments aufzunehmen. Beim
Betrieb, wenn die Turbine stillsteht und der Dampf eingelassen wird,
um die Turbine auf Drehzahl zu bringen, drängen die Federn in den Enden der
Segmente den Segmentering auf einen größeren Durchmesser und daher
von der Welle weg. So vorgespannt ergeben sich Räume zwischen den Segmenten,
und diese Räume
und/oder der oben genannte Kanal erlauben es Dampf, hinter das zu
einer Membran gehörende
Segment, während
der Dampfdruck steigt und den Ringdurchmesser kleiner macht, um
um die Welle abzudichten, zu dringen.
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Es
ist klar, dass die Ausführungsformen
eines zurückziehbaren
Dichtsegments ein verbessertes Bürstendichtkonzept
für den
Gebrauch beim Schaffen starker Abdichtungen in Turbinen bereitstellen
und gleichzeitig die Nachteile und Mängel der Bürstendichtungskonzepte des
Stands der Technik vermeiden.
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Es
ist klar, dass die Ausführungsformen
eines zurückziehbaren
Dichtsegments ein Bürstendichtungskonzept
bereit stellen, das effektiv die Abnutzung von Turbinenteilen verringert
und gleichzeitig eine verbesserte Abdichtung zwischen jeder Stufe der
Turbine bereitstellt, indem vorübergehende
radiale Federungen des Turbinenrotors und der Welle während des
Hochlaufbetriebs aufgenommen werden.
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Es
ist klar, dass die Ausführungsformen
eines zurückziehbaren
Dichtsegments einen verbesserten segmentierten Dichtring für den Gebrauch
in einer elastischen Turbine bereitstellen, wobei eine verbesserte
Dichtung zwischen dem Dichtringhalter und dem Rotor bereitgestellt
wird.
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Es
ist klar, dass die Ausführungsformen
eines zurückziehbaren
Dichtsegments eine verbesserte zurückziehbare Dichtung für den Gebrauch
in einer elastischen Turbine bereitstellen, wobei eine verbesserte
Abdichtung zwischen der zurückziehbaren Dichtung
und dem Turbinenrotor durch Rippen und mindestens eine Reihe von
Borstenelementen (das heißt
eine Bürstendichtung)
dazwischen angeordnet gebildet wird.
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Es
ist klar, dass die Ausführungsformen
eines zurückziehbaren
Dichtsegments eine zurückziehbare
Bürstendichtung
bereitstellen, die eine ununterbrochene Bürstendichtung ohne Spalten
wie beim früheren
Stand der Technik gezeigt mit Bürstendichtungen
auf der zurückziehbaren
Dichtung bereitstellen.
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Die
oben stehende Beschreibung ist beispielhaft und nicht einschränkend. Verschiedene Änderungen,
Modifikationen und Hinzufügungen
können
für den
Fachmann bei der Lektüre
dieser Spezifikation klar werden, wobei die Erfindung nur durch die
Ansprüche
beschränkt
ist.